Introdução ao Sistema Operativo Unix

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1 Introdução ao Sistema Operativo Unix e Desenvolvimento de Programas em C Fernando Mira da Silva Departamento de Engenharia Electrotécnica Instituto Superior Técnico Setembro de 2000

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3 Índice 1 Introdução 1 2 Unix, GNU/Linux e outros acrónimos Introdução Sistemas operativos Unix A génese do Unix Divulgação do Unix Computadores pessoais e estações de trabalho Microprocessadores Microcomputadores IBM-PC e compatíveis Interfaces gráficas Estações de trabalho Linux Cópia e distribuição de software: aspectos legais e acrónimos importantes Introdução Código binário e código fonte Software proprietário

4 II ÍNDICE Software livre, domínio público e GPL Freeware e shareware O projecto GNU e o sistema GNU/Linux Ambiente de trabalho em Unix Introdução Acesso ao sistema Conta de utilizador Login e Shell O sistema de janelas X Modo interactivo Hierarquia de directórios Pathnames Absolutos Pathnames relativos Comandos Dispositivos de entrada e saída Redireccionamento Pipes Desenvolvimento de programas Introdução Assembly e Linguagens de alto nível Ciclo de desenvolvimento Compilação e linkagem Erros sintáticos e semânticos Depuração: gdb e ddd

5 ÍNDICE III 4.4 Compilação em módulos separados Bibliotecas estáticas e dinâmicas O utilitário make Editores de texto Introdução O editor emacs Introdução Modos de edição e de comando Leitura de ficheiros Formatação automática Compilação e localização de erros O editor vi Introdução Modo de edição Movimentação do cursor Inserir texto Apagar texto Mudar texto Procurar texto Substituir texto Cortar, copiar e mover texto Outros comandos Saír Os editores pico e joe

6 IV ÍNDICE 6 Textos e manuais complementares Sistema Operativo Unix e Linux Ambiente de trabalho Programação e depuração de programas em C Bibliografia 71

7 Capítulo 1 Introdução Pretende-se com este texto introduzir alguns tópicos que facilitem um primeiro contacto com o sistema operativo Unix e ferramentas essenciais ao desenvolvivemento, teste e depuração (debug) de programas em C. Pelo seu carácter introdutório e sumário, este texto não deve ser confundido com um manual do sistema operativo Unix: para este efeito, remete-se o leitor para o capítulo 6, onde são listadas diversas referências bibliográficas que aprofundam os tópicos aqui abordados. Para além de funcionar como um manual introdutório ao Unix, são referidos neste texto aspectos históricos e funcionais deste sistema operativo que se espera que contribuam para uma melhor compreensão do posicionamento do Unix no panorama informático actual e, complementarmente, para a introdução de terminologia frequentemente utilizada informática. No capítulo 2, apresenta-se uma breve história do sistemas operativo Unix, articulando o seu desenvolvimento com diversos marcos relevantes da história da informática das últimas décadas. No capítulo 3 faz-se uma introdução ao ambiente de trabalho em Unix, descrevendo os mecanismos essenciais do sistema de ficheiros, execução de comandos e redireccionamento. No capítulo 4 introduz-se a noção de ciclo de desenvolvimento de programas em C e introduzem-se os comandos de compilação em sistemas GNU/Linux. São ainda introduzidos os utilitários gdb, ddd e make. No capítulo 5 faz-se uma breve introdução de alguns dos editores de texto disponíveis em Unix. Finalmente, no capítulo 6, são listados textos e bibliografia que aprofundam cada um dos temas abordados.

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9 Capítulo 2 Unix, GNU/Linux e outros acrónimos 2.1 Introdução Uma introdução ao Unix não implica necessariamente conhecer todos os detalhes da história deste sistema operativo. Mas alguns destes detalhes, além de informativos, são importantes para compreender o posicionamento actual deste sistema operativo. Assim, apresenta-se neste capítulo uma breve síntese da evolução do Unix e a sua articulação com outros marcos relevantes da história da informática nas últimas décadas. Esta exposição permitirá também introduzir, de uma forma progressiva, conceitos, terminologia e acrónimos frequentes em informática mas cujo significado é, muitas vezes, mal conhecido. 2.2 Sistemas operativos Não é fácil definir sistema operativo de uma forma rigorosa e abrangente. Numa primeira aproximação, o sistema operativo de um computador pode ser definidido como o conjunto de programas responsáveis pela gestão dos dispositivos e recursos físicos da máquina (hardware) e pelo acesso das aplicações a esses recursos. Considere-se, por exemplo, um programa de processamento de texto desenvolvido para o sistema operativo Windows. Este programa funciona independentemente das características específicas da máquina em que é executado: em particular, não precisa de conhecer a memória disponível, o tipo específico dos discos utilizados ou o tipo e marca da placa gráfica ligada ao monitor. Com efeito, sempre que é preciso, por exemplo, guardar um ficheiro em disco, o processador de texto limita-se a apresentar este pedido ao sistema operativo, o qual é responsável por o traduzir na sequência de comandos apropriada para o tipo de discos instalados. Complementarmente, é o sistema operativo que permite a execução simultânea de vários programas (por exemplo, um

10 4 UNIX, GNU/LINUX E OUTROS ACRÓNIMOS processador de texto e uma folha de cálculo), dividindo o tempo de processador disponível pelas duas aplicações. Durante os últimos 50 anos, a evolução dos computadores e da informática foi acompanhada pelo aperfeiçoamento de diversas gerações de sistemas operativos. Pela sua maior divulgação, o MS-DOS, o Windows, o Unix e o Linux (a versão livre 1 do Unix) são provavelmente os nomes mais conhecidos de entre os muitos sistemas operativos existentes. 2.3 Unix A génese do Unix...the number of Unix installations has grown to 10, with more expected... Dennis Ritchie e Ken Thompson, autores do Unix, em Junho de O sistema operativo Unix surge na sequência de um projecto iniciado nos anos 60 nos Bell Labs da AT&T para desenvolver um sistema de operativo de tempo partilhado. Numa época em que os computadores eram máquinas de grande porte e extremamente caras, era da maior importância desenvolver sistemas operativos que permitissem a diversos utilizadores acederem simultaneamente a um mesmo computador e, desta forma, rentabilizar os elevados custos de exploração. Em 1965, os Bell Labs iniciaram um projecto conjunto com a General Electric e o MIT para desenvolver um sistema operativo de tempo partilhado designado Multics. No entanto, pouco depois do seu início, os Bell Labs consideraram que o projecto estava mal encaminhado e decidiram abandonar o consórcio. Dada a necessidade de ser encontrada uma alternativa ao Multics para uso interno, Kenneth Thompson, um dos investigadores dos Bell Labs, iniciou um projecto de desenvolvimento próprio que conduziu, em 1969, à primeira versão do sistema operativo Unix. Um das inovações do sistema Unix relativamente a outros sistemas operativos da época é o conceito de que muitos dos comandos associados à gestão da máquina devem ser executados por pequenos programas independentes, funcionando de forma cooperativa. Esta estratégia permitiu simplificar significativamente as tarefas associadas ao núcleo 2 do sistema operativo, aumentando simultaneamente a sua robustez e modularidade. Uma outra característica inovadora do Unix é a sua portabilidade. Até à década de 70, a maioria dos sistemas operativos dependiam fortemente do hardware para que eram desenvolvidos. De 1 Na secção 2.6 discute-se o sentido que livre deve ter neste contexto 2 O bloco central do sistema operativo, responsável pela gestão do tempo de processador e partilha de recursos disponíveis, designado por kernel na terminologia anglo-saxónica.

11 UNIX 5 um modo geral, cada fabricante desenvolvia um sistema operativo específico para os seus computador, o qual era geralmente escrito em assembler (o código binário entendido pelo processador). Frequentemente, uma alteração ou evolução do processador implicava a re-escrita ou a revisão do código de todo o sistema operativo. Ao contrário desta tendência geral, não sendo os Bell Labs fabricantes de computadores, o Unix foi desenvolvido com base numa arquitectura de hardware muito genérica, não se baseando em hipóteses restritivas relativemnte ao tipo de processador utilizado. Assim, embora inicialmente escrito em assembler para um mini-computador PDP-11/20 da Digital, o desenvolvimento da linguagem de programação C por Dennis Ritchie (Kernighan e Ritchie, 1978) em 1973 permitiu a re-escrita de mais 90% do código do sistema operativo nesta linguagem de alto nível. A partir deste momento, a adaptação do sistema operativo a novos processadores é substancialmente simplificada: em vez da re-escrita completa do código binário dos programas que formam o sistema operativo, é suficiente re-escrever o compilador (o programa responsável pela tradução da linguagem C para o código binário do processador), tarefa esta substancialmente mais simples. Após este passo, a adaptação do sistema operativo ao novo processador apenas exige a compilação (tradução automática) dos programas escritos em C. Foram sobretudo as características de modularidade e portabilidade, aliadas uma boa concepção de raíz, que permitiram a evolução contínua do Unix ao longo de trinta anos e a sua permanente adaptação a múltiplas gerações de hardware e dispositivos periféricos. Neste sentido, o Unix é um caso único de longevidade na área dos sistemas operativos mantendo, ainda hoje, muitas características avançadas relativamente a a sistemas operativos mais recentes. Por outro lado, em consequência da sua longevidade, é um sistema que ganhou uma fiabilidade elevada, sendo habitual um servidor de Unix estar operacional durante vários meses seguidos, sem qualquer interrupção ou falha do sistema Divulgação do Unix Até 1975, o Unix estave confinado internamente aos Bell Labs e só a partir desta data é disponibilizado comercialmente para o exterior. Tendo sido inicialmente concebido para utilização em ambientes relativamente abertos, onde a confidencialidade dos dados não era crítica, o sistema Unix foi inicialmente adoptado, sobretudo, por universidades e instituições de investigação. O seu baixo custo e o facto de ser disponibilizado com o código fonte (ou seja, o programa em formato de texto) era especialmente apelativo para as instituições de ensino, já que permitia que os estudantes e investigadores compreendessem e analizassem o seu modo de funcionamento e, adicionalmente, contribuissem com extensões e modificações da versão original. Uma das contribuições mais importantes durante a fase inicial do Unix foi o desenvolvimento, pela Universidade de Berkeley,

12 6 UNIX, GNU/LINUX E OUTROS ACRÓNIMOS de uma versão para máquinas Vax que incluia suporte para memória virtual 3. Durante o final da década de 70 e a primeira metade da década de 80, a evolução do Unix originou múltiplas variantes. De entre estas, duas tiveram um impacto significativo na evolução seguinte do sistema operativo. A primeira, resultante da investigação e densenvolvimento dentro dos próprios laboratórios Bell, inclui já em 1979 (Unix 7 a edição) um mecanismo eficiente de comunicação entre computadores. Este mecanismo, designado UUCP, (Unix to Unix CoPy), será amplamente utilizado até ao aparecimento do protocolo TCP/IP (o principal protcolo actualmente utilizado na Internet). Esta evolução dá origem em 1983 ao designado Unix Sistema V. Em 1991 é formado o USL (Unix System Laboratory, uma companhia maioritariamente detida pela AT&T), que passa a deter os direitos sobre o Unix. Em 1993 a USL é adquirida pela Novell, a qual, por sua vez, passará mais tarde os direitos sobre a marca Unix para o consórcio X/Open. Paralelamente, a Universidade de Berkeley desenvolve uma evolução do sistema Unix que recebe a designação BSD que inclui, como principal inovação, um eficaz sistema de comunicação entre processos (programas), baseado na noção de sockets. Este modelo é suficientemente genérico para permitir não apenas a comunicação entre programas residentes no mesmo computador, como também a comunicação entre programas executados em computadores diferentes e ligados pelo protocolo TCP/IP. Este mecanismo, que virá mais tarde a ser adoptado também por outros sistemas operativos, é ainda hoje a base da maioria das comunicações estabelecidas na internet, como seja a ligação entre um browser (como por exemplo o Netscape ou o Internet Explorer) e uma máquina remota (server) que disponibiliza a informação. Durante a década de 80 e início da década de 90, os principais fabricantes de computadores apercebem-se da importância crescente do Unix. De modo a adaptarem-se a esta realidade, diversos fabricantes licenciam o código fonte da AT&T e, com base neste, desenvolvem versões proprietárias do Unix. É assim que a Digital lança o Ultrix, a HP o HP-UX, a Sun o SunOS, e a IBM o AIX, entre outros. Trata-se de um período de grande expansão e popularidade das diversas variantes do sistema operativo Unix, sobretudo nos meios académicos. Enquanto a divulgação do Unix aumenta, um outro projecto que terá amplas repercussões na área da informática conhece também avanços importantes. Em 1973, o departamento de Defesa Americano tinha iniciado o Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA). O objectivo era desenvolver uma arquitectura de rede com uma gestão distribuída, tal que o funcionamento no seu conjunto não fosse afectado pela inoperacionalidade de qualquer dos seus nós. Este objectivo era justificado pela Guerra Fria, então no seu auge, e pelos cenários estabelecidos pelos estrategas 3 A possibilidade, hoje comum, de um sistema utilizar mais memória do que a RAM efectivamente disponível através de um sistema de armazenamento e automático em disco de zonas da memória menos usadas, e a sua posterior leitura quando necessário.

13 COMPUTADORES PESSOAIS E ESTAÇÕES DE TRABALHO 7 militares em caso de guerra nuclear. O projecto incluía o desenvolvimento de protocolos 4 que permitissem uma comunicação transparente entre dois computadores ligados em rede, mesmo quando uma mensagem tivesse que atravessar diversas máquinas entre a origem e o destino. Este projecto foi designado de Internetting, e o sistema de computadores interligado que emergiu deste trabalho foi designado pelo então obscuro nome de Internet. Os protocolos que foram desenvolvidos no âmbito deste projecto vieram a ser conhecidos por TCP/IP: Transmission Control Protocol (TCP) e Internet Protocol (IP). Em 1986 a National Science Foundation inicia o desenvolvimento da NFSNET, financiando a criação de um amplo sistema de nós interligados no Estados Unidos que formam o esqueleto inicial da Internet. Até 1993, data de aparecimento dos primeiros broswer, a Internet é sobretudo utilizada pelos meios académicos e de investigação. No processo de crescimento da Internet, o sistema operativo Unix tem também um papel fundamental, pelas suas características de interoperabilidade e pelo suporte principais protocolos de comunicação baseados no TCP/IP então usados na rede: o SMTP (Simple Mail Transfer Protocol), utilizado pelo correio electrónico e o FTP (File Transfer Protocol). O facto de muitos dos nós da rede serem baseados em máquinas Unix contribuíu também significativamente para o crescimento e popularidade de um sistema operativo que, progressivamente, extravasou os meios académicos e começou a afirmar-se como uma alternativa viável em certos contextos empresariais. Entratanto, no início da década de 80, tinham entrado em cena os chamados computadores pessoais. Originalmente muito limitados na sua capacidade computacional, concebidos como postos de trabalho individuais e com sistemas operativos muito simples, era difícil imaginar que alguma vez viessem a concorrer com os computadores de médio e grande porte, onde pontificavam os sistemas operativos multi-tarefa e multi-utilizador, entre os quais se encontrava o Unix. O tempo veio, no entanto, a provar o contrário. 2.4 Computadores pessoais e estações de trabalho Microprocessadores Até à década de 60, a unidade central de processamento de um computador ocupava diversas placas electrónicas, povoadas por transistores, condensadores e resistências. Acomodar todo este equipamento exigia um espaço físico relativamente amplo. Embora com diversas variantes consoante a capacidade de cálculo, os mais pequenos computadores desta geração dificilmente podiam ser arrumados no canto do escritório. O primeiro sinal de mudança surge em 1971, quando a Intel anuncia o desenvolvimento do 4 A linguagem ou diálogos de entendimento utilizados na comunicação entre computadores.

14 8 UNIX, GNU/LINUX E OUTROS ACRÓNIMOS primeiro microprocessador, um circuito integrado que inclui num único chip a maioria dos componentes normalmente encontrados na unidade central de processamento de um computador. Apesar do Intel 4004 ser um processador de apenas 4 bits, constitui um marco decisivo na história do hardware. No ano seguinte, enquanto Nolan Bushnell, da Atari, cria o primeiro jogo de vídeo, a Intel lança o 8008, um microprocessador de 8 bits, cuja evolução origina, em 1973, o Inicialmente, os microprocessadores são utilizados apenas como dispositivos de controlo industrial. Em 1974, a Scelbi Computer Consulting utiliza o 8080 como base de um pequeno computador pessoal, de divulgação muito restrita. Nascem assim os microcomputadores, designação que deriva da sua unidade central de processamento ser um microprocessador. No mesmo ano surge o Mark 8, um microcomputador em kit que só os entusiastas de electrónica mais persistentes conseguem pôr a funcionar. No entanto, estes primeiros microcomputadores têm uma divulgação muito restrita. Para o público em geral, o microprocessador é uma entidade desconhecida, e apenas o aparecimento e rápida divulgação das máquinas de calcular de bolso indicia que algo está a mudar ao nível da miniaturização e integração da electrónica digital Microcomputadores Em Dezembro de 1974, surge o primeiro computador pessoal com alguma divulgação comercial: o Altair 8800, produzido pela MITS, que tinha também por base o microprocessador 8080, e que dispunha da uma descomunal memória de 256 bytes (não, não falta o K, estamos a falar de duzentos e cinquenta e seis bytes, ou seja, 1/4 de Kbyte) e era vendido por cerca de 500 dólares. Quando o Altair foi pela primeira vez anunciado na revista Popular Electronics, os fabricantes receberam 400 encomendas na primeira tarde. Pelos parâmetros actuais, o Altair dificilmente poderia ser considerado um verdadeiro computador: a introdução de dados era realizada em código binário por um conjunto de interruptores que substituia o teclado. Os resultados das operações eram apresentados, também em código binário, num conjunto de pequenas lampadas (leds) da caixa. Nesta versão inicial, o Altair não era mais que um dispositivo onde se podiam programar, muito trabalhosamente, sequências elaboradas de operações lógicas. Embora revolucionário para os interessados em electrónica digital, o Altair original tinha um interesse prático limitado. Entre os leitores do anúncio do Altair na Popular Electronics estavam dois estudantes de Harvard, com um forte interesse em informática: Paul Allen e William Gates(Williams, 1993). Rapidamente os dois estudantes anteciparam o potencial do Altair, desde que dotado com software apropriado. Em particular tiveram a intuição de que o hardware do Altair era suficiente para suportar um interpretador de uma linguagem de alto nível, desde que fosse ligado a uma simples

15 COMPUTADORES PESSOAIS E ESTAÇÕES DE TRABALHO 9 teleimpressora 5. Não é possível estabelecer com rigor os detalhes da história que se segue, já que o tempo leva a que a realidade e o mito por vezes se confundam. Consta que Bill Gates, então com 19 anos, telefona à MITS e afirma dispôr de um interpretador de Basic adequado ao Altair. A MITS mostrase interessada em testar o interpretador. Aparentemente Bill Gates não tinha uma única linha de programa escrita quando prometeu o Basic à MITS, o que faz deste um dos primeiros componentes de vaporware 6 do mercado informático. Dado que Allen e Gates não dispunham de um Altair para desenvolver o seu interpretador de Basic, Allen desenvolveu um simulador de um microprocessador 8080 no PDP-10 de Harvard 7 enquanto que Gates se dedicou ao desenvolvimento do interpretador de Basic. Oito semanas depois, Allen deslocou-se à MITS com a missão de testar o interpretador. Foi o seu primeiro contacto real com o Altair e, aparentemente a demonstração de Allen impressionou positivamente a MITS. 8 Em 1976, após um ano de comercialização bem sucedida do Basic para o Altair, Bill Gates funda a Microsoft. Praticamente ao mesmo tempo, também em 1975, um técnico da HP em Palo Alto, Steve Wozniak, fazia planos para construir o seu próprio computador pessoal. Em vez do microprocessador 8080 da Intel, Wozniak preferiu adoptar o processador 6800 da Motorola, apenas por este ser mais barato. Wozniak planeou de raíz a sua máquina para incluir um teclado e uma interface para televisão (obviamente a preto e branco), de forma a ultrapassar as limitações iniciais do Altair. O computador de Wozniak evoluiu com a colaboração activa de um colega de 21 anos chamado Steve Jobs. Ao fim de algum tempo, este sugeriu a Wozniak a comercialização do sistema desenvolvido. Em Abril de 1976, Wozniak e Jobs fundam a Apple Computer Company. Em Julho de 1976, é comercializado o Apple I. A primeira vez que o Apple I foi apresentado numa reunião da Association of Computer Machinery, muitos dos presentes pensaram que se tratava de um terminal ligado telefonicamente a um computador de grande porte, já que era difícil, na altura, acreditar que as potencialidades demonstradas pela máquina tivessem origem na pequena caixa visível ao público. O Apple II, lançado em 1977, é o primeiro sucesso comercial da Apple. 5 Máquina de escrever electromecânica com uma porta série. 6 Na gíria informática, vaporware designa um programa anunciado por um fabricante muito antes da sua produção e, frequentemente, com especificações prometidas difíceis ou impossíveis de cumprir. 7 Anos mais tarde, o conhecimento da utilização dos recursos de Harvard para este efeito deu origem a alguma polémica. 8 Segundo a versão oficial da Microsoft, o interpretador de Basic funcionou em pleno no primeiro teste real. Face às difíceis condições de desenvolvimento, esta afirmação deve ser encarada com algum cepticismo, sem que este facto retire qualquer mérito ao excelente trabalho de Allen e Gates.

16 10 UNIX, GNU/LINUX E OUTROS ACRÓNIMOS IBM-PC e compatíveis Nos anos seguintes, os modelos dos chamados computadores pessoais multiplicam-se, embora o seu preço confine a sua utilização às empresas. A IBM, à data o maior fabricante mundial de computadores de grande porte, olhara incialmente este mercado emergente com alguma sobranceria. O sucesso do Apple II leva a IBM a aperceber-se finalmente das potencialidades desta classe de produtos e a iniciar o desenvolvimento do seu próprio modelo de computador pessoal, com o nome de código de Acorn. Trata-se de um projecto que decorre em moldes pouco ortodoxos para os hábitos da empresa. De forma a reduzir o custo final da máquina, o projecto Acorn é baseado em componentes disponíveis no mercado, em vez de seguir a política habitual na IBM de desenvolver componentes proprietários. Em particular, é decidido adoptar o processador 8088 da Intel para unidade central de processamento (CPU) do Acorn. Como se verá, esta decisão terá amplas repercussões no seguimento. Entretanto, a Microsoft continuava a crescer, centrando a sua actividade no desenvolvimento de software, sobretudo interpretadores e compiladores. Em 1980, numa tentativa para diversificar a sua actividade, a Microsoft tenta entrar na área dos sistemas operativos e anuncia o início do projecto Xenix, um sistema operativo baseado no Unix que seria suportado em diversos processadores. Aproximadamente nesta altura, a IBM necessita de dotar o Acorn com um sistema operativo simples e eficiente e, mais uma vez, resolve recorrer ao mercado em vez de utilizar os seus próprios recursos. É assim que têm início os contactos entre a IBM e a Microsoft, dada a experiência desta última no desenvolvimento de software para os microprocessadores de 8 bits da Intel. Apesar do anúnico do projecto Xenix, este encontrava-se em fase embrionária e a Microsoft não dispunha de experiência real em sistemas operativos. O melhor sistema operativo para microprocessadores disponível à época era o CP/M (Control Program for Minicomputers), desenvolvido por Gary Kindall, da Digital Research. Tim Paterson, um programador da Seattle Computer Products, tinha desenvolvido um protótipo de sistema operativo para um computador 8086 que retinha alguns aspectos do funcionamento do CP/M, mas que era suficientemente diferente deste para não infringir as regras de copyright. Patterson designou o seu sistema operativo de QDOS, acrónimo de Quick Disk Operating System, mas que os mais críticos não hesitam a identificar como Quick and Dirty Operating System. A Microsoft, sem referir o acordo que tinha com a IBM, comprou os direitos do QDOS à Seattle Computer Products por uma importância irrisória e, após algumas modificações, surgia a primeira versão do MS-DOS, o sistema operativo de que a IBM necessitava. Bill Gates licencia o MS-DOS à IBM, mas consegue que a Microsoft retenha o direito de comercialização do MS-DOS. Anos mais tarde, Tim Paterson ingressará na Microsoft. Em Agosto de 1981 a IBM anuncia públicamente o resultado do projecto Acron sob a designação de IBM-PC, uma máquina baseado num processador 8088 a 4.77Mhz, uma memória

17 COMPUTADORES PESSOAIS E ESTAÇÕES DE TRABALHO 11 de 16Kbytes, expansível até 256Kb, e com uma ou duas unidades de diskettes. Este modelo, cuja evolução deu origem aos actuais PCs 9, tem um sucesso que ultrapassa largamente as expectativas da própria IBM. Além da aura da marca, a arquitectura aberta do sistema permitia o fácil desenvolvimento de software e hardware por parte de outras empresas. O modelo evolui e, em 1983, quando a IBM lança o IBM-XT, este lidera largamente o mercado dos computadores pessoais. A oferta de software para nova máquina cresce e a introdução da folha de cálculo Lotus faz o interesse pela máquina por parte das empresas subir em flecha. Também fabricantes de hardware contribuem para este sucesso, com o desenvolvimento de placas gráficas melhoradas e outros periféricos. A arquitectura aberta do IBM-PC, e o seu successo comercial, leva a que construtores independentes comecem a tentar desenvolver máquinas equivalentes. Rapidamente são encontados circuitos de substituição para os poucos componentes do IBM-PC que são proprietários da IBM. Surgem assim os chamados PC-compativeís ou clones, máquinas de menor custo que as comercializadas pela IBM, mas que são capazes de correr o mesmo software. Esta possibilidade é facilitada pelo facto da IBM não deter o exclusivo do sistema operativo MS-DOS, o qual é vendido pela Microsoft a qualquer fabricante ou utilizador que o pretenda. Como é evidente, o aparecimento de clones é mal recebida pela IBM, mas revela-se um negócio extremamente lucrativo para a Microsoft, que vê as suas vendas aumentarem significativamente. A década de 80 é um período de crescimento e grande divulgação da microinformática. Enquanto os IBM-PC e compatíveis 10 se afirmam sobretudo como postos de trabalho individuais nas empresas, surge em 1982 o ZX-Spectrum, um pequeno computador baseado no processador Z80 da Zilog, de custo muito reduzido (o Spectrum não dispunha de diskettes mem de monitor, e o seu funcionamento exigia a ligação de uma televisão e de um gravador de cassetes para a gravação e leitura de dados), que dominará o mercado doméstico e de jogos até Outras marcas surgem na altura com os seus próprios modelos, alguns com grande sucesso no mercado, como a Commodore Amiga e a Compaq. Mas o único concorrente sério ao domínio absoluto dos IBM-PC e compatíveis irá surgir da Apple, pela mão de Steve Jobs Interfaces gráficas Desde o aparecimento dos primeiros computadores na década de 40 e até meados da década de 80, a comunicação com os computadores era fundamentalmente realizada em modo de texto, como sucede no modo MS-DOS do Windows. O utilizador digitava um comando escrito e o computador executava-o, eventualmente enviando para o dispositivo de saída uma resposta sob a forma de uma sequência de linhas de texto. 9 De facto, qualquer PC actual é ainda capaz de executar o software desenvolvido para o IBM-PC original. 10 De aqui adiante, seguindo uma terminologia hoje muito generalizada, designar-se-á os IBM-PC e compatíveis simplesmente por PCs, mantendo no entanto presente que a designação é algo abusiva relativamente a outros fabricantes.

18 12 UNIX, GNU/LINUX E OUTROS ACRÓNIMOS No início da década de 60, Ivan Sutherland, então um estudante de Doutoramento do MIT, tinha desenvolvido um sistema que permitia a elaboração de desenhos em computador sobre um tubo de raios catódicos. Os desenhos assim desenvolvidos podiam ser escalados, apagados e copiados. Embora o sistema tivesse uma estrutura primitiva pelos parâmetros actuais, a tese de Doutoramento de Sutherland, entitulada Sketchpad: A Man-machine Graphical Communications System, discutia pela primeira vez a importância de sistemas gráficos de interacção homem-máquina, que virão mais tarde a ser conhecidos sob a sigla GUI, de Graphical User Interface. Durante a década de 70, a Xerox cria um grupo de investigação nos laboratórios PARC (Palo Alto Research Center) dedicado à análise e estudo da interacção homem-máquina. A equipa inclui não apenas engenheiros, mas também psicólogos que investigam mecanismos essenciais da aprendizagem humana. O trabalho desenvolvido no Xerox PARC inventa ou aprofunda muitos conceitos hoje correntes na interacção com computadores: a representação de ficheiros e comandos num écran sob a forma de ícones, a utilização de dispositivos apontadores (ratos ou canetas) para manipular estes objectos, a co-existência num mesmo écran de diversas janelas com informação referente à execução de diferentes programas. Em particular, é desenvolvido o conceito WYSIWYG (What You See Is What You Get) em editores gráficos e de texto, baseado no princípio de visualização directa e interactiva no monitor do resultado final do processamento. No início da década de 80, apesar do sucesso comercial dos Apple II e Apple III, a Apple tinha começado a perder terreno devido ao recém chegado IBM-PC. Steve Jobs, que tinha visitado o Xerox PARC e ficado impressionado com o trabalho ali desenvolvido, apercebe-se que as interfaces gráficas podem ser a resposta adequada ao progressivo domínio da IBM no mercado. É assim que a Apple dá inicio a um projecto de investigação em interfaces gráficas para o qual são contratados muitos dos investigadores do Xerox PARC. A Apple aprofunda e melhora os conceitos ali desenvolvidos, os quais serão implementados numa versão primitiva no modelo Lisa da Apple, em A evolução deste modelo conduz à apresentação em 1984 do Macintosh o qual, equipado com o sistema operativo MacOS, é a primeira implementação comercial de uma interface gráfica simultaneamente eficiente e intuitiva. A introdução do Macintosh traz uma revolução à área dos computadores pessoais e o seu sucesso comercial é enorme. No entanto, dois factores contribuem para a limitar este sucesso: o preço muito mais elevado dos Macintosh e a arquitectura aberta do IBM-PC. Esta última tinha permitido o contínuo crescimento dos fabricantes de compatíveis, arrastando atrás de si fornecedores de hardware e software e, consequentemente, uma redução contínua de preços. A Apple, em contrapartida, baseava-se num modelo de hardware e sistema operativo proprietários, o que lhe permitia uma maior margem de manobra e o controlo do produto mas, simultaneamente colocava fortes limitações às contribuições externas. Apesar de manter o domínio comercial, a IBM apercebe-se do potencial da interface gráfica do Macintosh. No entanto, por limitações do hardware, a implementação de um sistema com-

19 COMPUTADORES PESSOAIS E ESTAÇÕES DE TRABALHO 13 parável nos IBM-PC não era viável a curto prazo. O hardware do Macintosh tinha sido concebido de raíz incluindo processadores de sinal e primitivas gráficas sofisticados. Também o sistema operativo MacOS era incomparavelmente mais sofisticado que o MS-DOS, o que dava à Apple um confortável avanço em matéria de interfaces gráficas e multimédia. Em 1985, a IBM e a Microsoft dão origem a um projecto conjunto para desenvolvimento de um Sistema Operativo com interface gráfica designado OS/2. Apesar deste projecto comum ser publicamente anunciado e conduzir, em 1987, à primeira versão do OS/2, a Microsoft continua a dedicar recursos significativos ao desenvolvimento de um sistema gráfico próprio, designado Windows. Depois de duas versões pouco apelativas, a Microsoft apresenta em 1990 o Windows 3.0, o primeiro concorrente sério, pela qualidade da interface gráfica, ao MacOS apresentado seis anos antes. A Apple abre um processo contra a Microsoft protestando pela cópia da interface do MacOS e pela infracção de direitos de autor. A Microsoft argumenta com a autoria original das interfaces gráficas, que atribui ao trabalho desenvolvido no Xerox PARC, dando origem a um dos mais complexos processos judiciais da história da informática. Este só terminará em 1997, com um acordo entre as duas empresas conduzido respectivamente por Bill Gates e Steve Jobs. Este acordo tem como pano de fundo o lançamento em 1995 do Windows 95, cujo domínio comercial tinha colocado em fortes dificuldades a Apple. Outra vítima do sucesso do Windows e da Microsoft foi o OS/2, cujo desenvolvimento nunca tinha sido abandonado pela IBM e que tinha conduzido a um sistema operativo que, em meados da década de 90, era amplamente reconhecido como superior ao Windows em termos de eficiência e robustez. A falta de software que explorasse as suas características é no entanto penalizador e nem o derradeiro esforço da IBM em 1995/96, período em que procedeu uma distribuição massiva e frequentemente gratuita do OS/2, permitiu que este obtivesse uma quota de mercado significativa Estações de trabalho Durante a década de 80, enquanto os microcomputadores marcavam a sua presença no mercado das máquinas de gama baixa, os utilizadores especializados continuavam a necessitar de máquinas mais potentes, com sistemas operativos multi-tarefa e multi-utilizador. Os sistemas de grande porte (mainframes), normalmente associados so suporte de transacções em bases de dados de grande dimensão, eram dominados por empresas como a IBM, Univac ou a Honeywell. Entre estas e os computadores pessoais situavam-se os chamados minicomputadores, máquinas muito mais pequenas do que as anteriores mas, ainda assim, consideravelmente mais potentes que os PCs. Os minicomputadores eram geralmente disponibilizados com sistemas operativos multitarefa e multiutilizador, e tinham a dimensão apropriada para suprir as necessidades de um grupo de investigação ou de um departamento de uma empresas (por exemplo, uma agência bancária). Originalmente, o acesso quer aos computadores de grande porte quer aos minicomputado-

20 14 UNIX, GNU/LINUX E OUTROS ACRÓNIMOS res era realizado apenas por meio de terminais alfanuméricos, ligados por uma linha série. A ligação era lenta e, obviamente, só possível em modo de texto. Apesar de terem velocidades de processamento muito inferiores, os computadores pessoais tinham a vantagem de poder aceder directamente à memória de vídeo da máquina, permitindo a manipulação e alteração das imagens no écran de forma muito rápida. É por este motivo que aplicações como a folha de cálculo 11 ou os jogos, aplicações que exigem uma forte interacção entre o software e a imagem gráfica, surgem de facto primeiro nos computadores pessoais do que em máquinas mais potentes. A associação de minicomputadores a monitores gráficos, permitindo a que os processadores acedam directamente à memória de vídeo, deu origem às chamadas estações de trabalho ou workstations. Inicialmente, as estações de trabalho têm um preço elevado, sendo apenas adoptadas em aplicações especializadas que requerem computação gráfica intensiva, sobretudo na área da engenharia. Em 1984, o MIT inicia o desenvolvimento do sistema de janelas X para estações de trabalho com sistemas operativos Unix. O X Windows é um sistema consideravelmente mais complexo que os sistemas gráficos dos computadores pessoais. Nestes últimos, a gestão do écran é efectuada directamente pelos programas ou pelo sistema operativo. De acordo com a filosofia modular do sistema Unix, o sistema gráfico X Windows não faz parte do sistema operativo, sendo constituido por um conjunto de programas autónomos responsáveis apenas pela gestão do sistema gráfico. O modo de funcionamento do protocolo X segue o chamado modelo cliente-servidor. Assim, uma única aplicação (o servidor) é responsável pela gestão directa do écran e hardware gráfico. As aplicações que necessitam de usar o écran como, por exemplo, um browser de internet ou um editor gráfico, constituem os chamados programas clientes, que se limitam a enviar pedidos de manipulação de imagens para o servidor. Uma das grandes vantagens deste modelo é o facto de um programa cliente poder ser executado numa máquina diferente daquela em que se encontra fisicamente instalado o hardware gráfico e o programa servidor, desde que as duas máquinas estejam ligadas em rede: como já referido anteriormente, o modelo de comunicação entre programas ou processos em Unix é idêntico quer estes se encontrem no mesmo computador ou em computadores diferentes ligados em rede. A evolução do X Windows, que conhece grande divulgação sobretudo a partir da versão X11, aliada à progressiva redução dos preços dos minicomputadores, permitiu que as estações de trabalho, originalmente utilizadas apenas em ambientes que necessitavam de computação gráfica avançada, se generalizassem como a interface preferencial para máquinas Unix. As estações de trabalho baseadas em minicomputadores tiveram o seu período de maior divulgação no final dos anos 80 e início dos anos 90. Durante este período, o hardware dos minicomputadores sofreu também uma evolução significativa, com a generalização dos chamados processadores RISC (Reduced Instruction Set Computers), com os quais se obtiveram aumentos significativos na velocidade de processamento. 11 A folha de cálculo foi inventada por Dan Bricklin, tendo sido originalmente desenvolvida num Apple II e comercializada sob o nome de VisiCalc em 1979.

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